(57)【要約】【課題】筒内直噴インジェクタ及びポート噴射インジェクタを備えた火花点火式内燃機関において、筒内直噴インジェクタへ供給する燃料を十分に昇圧できない場合の燃焼安定性や排気性能の悪化を抑制する。【解決手段】始動時に、筒内直噴インジェクタに供給する燃料を燃料昇圧装置によって基準圧力以上まで昇圧した後に筒内直噴インジェクタによる圧縮行程噴射を行う始動時噴射制御と、内燃機関の運転状態が所定の条件を満たした後、ポート噴射インジェクタによる燃料噴射及び筒内直噴インジェクタによる圧縮行程噴射の２回の燃料噴射を行う始動後噴射制御と、を行うものであって、始動時噴射制御において燃料昇圧装置による昇圧を開始してから所定期間経過後の燃料圧力が前記基準圧力に達しない場合、燃料昇圧装置による昇圧が不良であると判断し、内燃機関の運転状態が前記所定の条件を満たしたか否かによらず始動時噴射制御から始動後噴射制御へ切り換える。【選択図】図３
2010255508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に燃料を噴射するポート噴射インジェクタと、
前記内燃機関のシリンダ内に燃料を噴射する筒内直噴インジェクタと、
前記筒内直噴インジェクタに供給する燃料を昇圧する燃料昇圧装置と、
前記内燃機関の始動時に、前記燃料昇圧装置によって所定の基準圧力以上まで燃料を昇圧した後に前記筒内直噴インジェクタによって圧縮行程において燃料噴射を行う始動時噴射制御を行い、当該内燃機関の運転状態が所定の条件を満たした後、前記ポート噴射インジェクタによる燃料噴射及び前記筒内直噴インジェクタによる圧縮行程における燃料噴射の２回の燃料噴射を行う始動後噴射制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記始動時噴射制御において前記燃料昇圧装置による昇圧を開始してから所定期間経過後の燃料圧力が前記基準圧力に達しない場合、前記燃料昇圧装置による昇圧が不良であると判断し、前記内燃機関の運転状態が前記所定の条件を満たしたか否かにかかわらず、前記始動時噴射制御から前記始動後噴射制御へ切り換えることを特徴とする火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダ内に燃料を噴射する筒内直噴インジェクタを備えた内燃機関の燃料噴射制御に関する技術として、特許文献１には、始動時に燃料圧力が所定以上に上昇した後に筒内直噴インジェクタによる燃料噴射を開始するものにおいて、燃料昇圧不良の場合には、片バンク気筒のみ又は減筒して筒内直噴インジェクタによる噴射を行うことが記載されている。
【０００３】
筒内直噴インジェクタ及び吸気通路に燃料噴射するポート噴射インジェクタの２つのインジェクタを備えた内燃機関の燃料噴射制御に関する技術として、特許文献２には、エンジンの冷間始動直後から所定時間経過するまでは筒内直噴インジェクタのみによる圧縮行程噴射を行い、所定時間経過後にポート噴射インジェクタによる吸気通路内噴射及び筒内直噴インジェクタによる圧縮行程噴射の両方を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３６５９３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７４９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
筒内直噴インジェクタへ供給する燃料を十分に昇圧できない場合、圧縮行程後半の高圧の筒内に噴射された燃料噴霧が点火プラグ近傍に到達しにくくなるため、点火プラグ近傍の空燃比が過剰にリーンになり、燃焼安定性や排気性能が悪化する虞がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、筒内直噴インジェクタ及びポート噴射インジェクタを備えた火花点火式内燃機関において、筒内直噴インジェクタへ供給する燃料を十分に昇圧できない場合の燃焼安定性や排気性能の悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置は、
内燃機関の吸気通路に燃料を噴射するポート噴射インジェクタと、
前記内燃機関のシリンダ内に燃料を噴射する筒内直噴インジェクタと、
前記筒内直噴インジェクタに供給する燃料を昇圧する燃料昇圧装置と、
前記内燃機関の始動時に、前記燃料昇圧装置によって所定の基準圧力以上まで燃料を昇圧した後に前記筒内直噴インジェクタによって圧縮行程において燃料噴射を行う始動時噴射制御を行い、当該内燃機関の運転状態が所定の条件を満たした後、前記ポート噴射インジェクタによる燃料噴射及び前記筒内直噴インジェクタによる圧縮行程における燃料噴射の２回の燃料噴射を行う始動後噴射制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記始動時噴射制御において前記燃料昇圧装置による昇圧を開始してから所定期間経過後の燃料圧力が前記基準圧力に達しない場合、前記燃料昇圧装置による昇圧が不良であると判断し、前記内燃機関の運転状態が前記所定の条件を満たしたか否か
にかかわらず、前記始動時噴射制御から前記始動後噴射制御へ切り換えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、筒内直噴インジェクタへ供給される燃料の昇圧が不良の場合には、内燃機関の運転状態によらず即座に筒内直噴インジェクタ及びポート噴射インジェクタの両方によって燃料噴射が行われるようになるので、昇圧が不十分の筒内直噴インジェクタのみによって燃料噴射が行われる事態を回避することができ、燃焼安定性や排気性能の悪化を抑制することが可能となる。
【０００９】
なお、ポート噴射インジェクタによる燃料噴射によって気筒内に燃料を供給することが可能な噴射時期は限られている。すなわち、ポート噴射インジェクタによる吸気通路への燃料噴射は、遅くとも吸気行程が終了する前（吸気バルブが開弁されている期間、もしくは吸気バルブが開弁される前の期間）に行っておく必要がある。例えば、排気行程前半の時期、吸気行程後半の時期、吸気行程の任意の時期等をポート噴射インジェクタによる燃料噴射時期に設定することができる。
【００１０】
従って、上記説明において、「筒内直噴インジェクタへの燃料の昇圧が不良の場合に、即座に始動時噴射制御から始動後噴射制御に切り換える」とは、燃料昇圧装置による昇圧が不良であると判断された時点でポート噴射インジェクタによる燃料噴射が可能なクランク角度にある気筒について、即座に始動時噴射制御から始動後噴射制御へ切り換える、という意味であり、燃料昇圧装置による昇圧が不良であると判断された時点でポート噴射インジェクタによる燃料噴射が可能な時期を既に過ぎてしまった気筒（圧縮行程に入っている気筒）については、筒内直噴インジェクタによる圧縮行程噴射のみを行う始動時噴射制御を行う。そして、次回のサイクルから始動後噴射制御に切り換える。
【００１１】
上記本発明において、「基準圧力」とは、始動時噴射制御における筒内直噴インジェクタによる燃料噴射の実行可否を判断するための燃料圧力の閾値である。基準圧力は、圧縮行程に筒内直噴インジェクタによる燃料噴射を行った場合にその燃料噴霧が点火プラグ近傍に到達可能な圧力の下限値に基づいて定めることができる。
【００１２】
始動時噴射制御から始動後噴射制御に切り換える運転状態の「所定の条件」とは、例えば、回転数が所定の閾値を超えた場合や、始動時噴射制御が開始されてからの経過時間が所定の閾値を超えた場合等に満たされる。
【００１３】
「所定期間」とは、燃料昇圧装置による燃料の昇圧が不良か否かを判定するための昇圧期間の閾値である。所定期間は、燃料昇圧装置による昇圧が正常の場合に燃料圧力を基準圧力まで昇圧するのに要する期間の最大値に基づいて定めることができる。同様の考え方によって、燃料昇圧装置による昇圧が行われた回数が所定回数以上になった時の燃料圧力が基準圧力に達したか否かを判定しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、筒内直噴インジェクタ及びポート噴射インジェクタを備えた火花点火式内燃機関において、筒内直噴インジェクタへ供給する燃料を十分に昇圧できない場合の燃焼安定性や排気性能の悪化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例に係る火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係る燃料噴射制御を行った場合の、（Ａ）エンジン回転数、（Ｂ）筒内直噴インジェクタの燃料圧力、（Ｃ）筒内直噴インジェクタの燃料噴射量、（Ｄ）ポート噴射インジェクタの燃料噴射量、の時間変化を表すタイムチャートである。
【図３】実施例に係る燃料噴射制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１７】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す概念図である。図１のエンジン１は火花点火式の内燃機関であり、シリンダ２の頂部には点火プラグ１２が備えられている。シリンダ２内に摺動自在にピストン３が挿入されている。シリンダ２の内壁とピストン３の頂面とにより形成される燃焼室１８は、吸気ポート９を介して吸気通路４に連通するとともに、排気ポート１０を介して排気通路５に連通している。エンジン１には吸気ポート９を開閉する吸気バルブ６と、排気ポート１０を開閉する排気バルブ７と、が備えられている。
【００１８】
エンジン１には、シリンダ２内に燃料を噴射する筒内直噴インジェクタ１１と、吸気ポート９内に燃料を噴射するポート噴射インジェクタ８と、の２つの燃料噴射インジェクタが備えられている。筒内直噴インジェクタ１１は、ピストン３が圧縮行程の所定の時期にある時にピストン３の頂面に形成されたキャビティ１３に向かって燃料を噴射するように構成されている。筒内直噴インジェクタ１１には、燃料供給路１７を通じて燃料タンク１５内の燃料が供給される。筒内直噴インジェクタ１１に供給される燃料は昇圧ポンプ１６によって昇圧される。昇圧ポンプ１６は図示しないクランクシャフトの回転駆動力によって駆動される。エンジン１はポート噴射インジェクタ８への燃料供給系統も当然備えているが、簡単のため図示を省略する。昇圧ポンプ１６は本発明における燃料昇圧装置に相当する。
【００１９】
エンジン１には、エンジン１の運転状態を制御するコンピュータであるＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０には不図示の各種センサによる測定データが入力され、当該入力データに基づいてエンジン１の運転状態や運転者の要求を取得し、それに基づいて筒内直噴インジェクタ１１及びポート噴射インジェクタ８による燃料噴射、点火プラグ１２による点火動作等を制御するための信号を出力する。
【００２０】
ここでエンジン１の燃料噴射制御について説明する。
【００２１】
エンジン１の始動時には、筒内直噴インジェクタ１１によって燃料噴射を行う。これを「始動時噴射制御」と称する。始動時噴射制御の開始後、エンジン１の回転数が所定の閾値Ｎｅ１を超えた時に、筒内直噴インジェクタ１１及びポート噴射インジェクタ８の両方によって燃料噴射を行う「始動後噴射制御」に移行する。
【００２２】
始動時噴射制御では、まず筒内直噴インジェクタ１１に供給される燃料圧力を昇圧ポンプ１６によって昇圧し、燃料圧力が所定の基準値ＰＲ１まで昇圧された段階で、筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射が許可される。
【００２３】
筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射が許可されると、燃料圧力が所定の目標値ＰＲｒｅｑ１になるように燃料圧力の制御を行いながら、筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射が行われる。
【００２４】
筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射は圧縮行程後半の所定の時期Ａｉｎｊｄ１おいてに行われる。筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射時期Ａｉｎｊｄ１は、筒内直
噴インジェクタ１１から噴射された燃料噴霧が、シリンダ２内を上昇するピストン３に向かって飛行し、ピストン３の頂面に形成されたキャビティ１３のリップ部１４に沿ってその飛行経路を点火プラグ１２の向きに変えられ、点火プラグ１２に到達可能なように適合される。
【００２５】
筒内直噴インジェクタ１１によって圧縮行程後半において燃料噴射を行うことにより、点火プラグ１２の近傍に燃料濃度の高い混合気を局在させることができ、点火プラグ１２による点火による燃焼を良好な着火性で行うことが可能となる。このような燃焼形態を「成層燃焼」と称する。
【００２６】
始動後噴射制御では、吸入空気量等の条件に応じて算出される要求噴射量を、ポート噴射インジェクタ８による燃料噴射と筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射とに分割して噴射する。要求噴射量のうちのポート噴射インジェクタ８による噴射量と筒内直噴インジェクタ１１による噴射量との比率は、エンジン１の運転条件等に応じて定められる。
【００２７】
まず、ポート噴射インジェクタ８によって吸気ポート９内に燃料噴射が行われることにより吸気ポート９内に混合気が形成される。この混合気が吸気バルブ６の開弁に伴って燃焼室１８内に吸入される。
【００２８】
次に、圧縮行程後半の所定の時期Ａｉｎｊｄ１において、筒内直噴インジェクタ１１によって燃焼室１８内に燃料噴射が行われる。始動時噴射制御の場合と同様に、燃料圧力が所定の目標値ＰＲｒｅｑ１になるように燃料圧力の制御を行いながら、筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射が行われる。始動後噴射制御の場合には、始動時噴射制御の場合と異なり、ポート噴射インジェクタ８によって噴射された燃料による混合気雰囲気中に筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射が行われることになる。
【００２９】
ここで、昇圧ポンプ１６に何らかの不具合が生じて筒内直噴インジェクタ１１へ供給する燃料を十分に昇圧することができなくなった場合、基準値ＰＲ１に満たない燃料圧力で筒内直噴インジェクタ１１からの燃料噴射が許可され、目標値ＰＲｒｅｑ１に満たない燃料圧力で筒内直噴インジェクタ１１からの燃料噴射が行われることになる。その場合、筒内直噴インジェクタ１１から噴射される燃料噴霧が点火プラグ１２まで到達しにくくなるため、始動時噴射制御において点火プラグ１２近傍に着火可能な空燃比の混合気が局在した状態を作り出せなくなり、成層燃焼による始動を良好に行うことができなくなる。そのため、始動性が低下したり、燃焼安定性や排気性能が悪化したりする虞があった。
【００３０】
この問題に対して、本実施例のシステムでは、始動時噴射制御において昇圧ポンプ１６による燃料の昇圧が不良であると判断した場合には、エンジン１の回転数が閾値Ｎｅ１を超えたか否かに関わらず、始動時噴射制御から始動後噴射制御への切り換えを行うこととした。
【００３１】
これにより、昇圧ポンプ１６による燃料昇圧が不良の場合には、即座に筒内直噴インジェクタ１１及びポート噴射インジェクタ８の両方による燃料噴射が行われるようになるので、昇圧が不十分の筒内直噴インジェクタ１１のみよって燃料噴射が行われる事態を回避することができ、燃焼安定性や排気性能の悪化を抑制することが可能となる。
【００３２】
図２は、本実施例に係る燃料噴射制御を行った場合の、（Ａ）エンジン回転数、（Ｂ）筒内直噴インジェクタ１１の燃料圧力、（Ｃ）筒内直噴インジェクタ１１の燃料噴射量、（Ｄ）ポート噴射インジェクタ８の燃料噴射量、の時間変化の一例を表すタイムチャートである。図２において、ＰＦＩはポート噴射インジェクタ８による燃料噴射、ＤＩは筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射を意味する。また、実線は昇圧ポンプ１６による燃
料昇圧が不良の場合、破線は正常の場合を表す。
【００３３】
時刻ｔ０において始動時噴射制御が開始されると、クランキングによって回転数が漸増するとともに、昇圧ポンプ１６の駆動が開始されて筒内直噴インジェクタ１１に供給される燃料の昇圧が開始される。昇圧ポンプ１６が正常の場合、図２（Ｂ）の破線で示すように、昇圧ポンプ１６による昇圧開始後所定時間が経過した時刻ｔ１において、燃料圧力が基準値ＰＲ１以上の圧力まで昇圧される。この場合、図２（Ｃ）に示すように筒内直噴インジェクタ１１による圧縮行程噴射のみによってエンジン回転数を閾値Ｎｅまで上昇させ（時刻ｔ２）、その後図２（Ｃ）及び（Ｄ）に示すようにポート噴射インジェクタ８によるポート噴射及び筒内直噴インジェクタ１１による圧縮行程筒内噴射の２回分割噴射に移行する。
【００３４】
一方、図２（Ｂ）の実線で示すように、昇圧ポンプ１６による昇圧開始後所定時間が経過した時刻ｔ１においても、燃料圧力が基準値ＰＲ１に達しない場合、昇圧ポンプ１６による昇圧が不良であると判断する。この場合、この時点（時刻ｔ１）でピストン３の位置が吸気行程以降であるようなシリンダ２については、始動時噴射制御を行い、筒内直噴インジェクタ１１による圧縮行程噴射のみを実行する。そして、次回のサイクルから始動後噴射制御に移行し、ポート噴射インジェクタ８及び筒内直噴インジェクタ１１による２回分割噴射を行う。また、時刻ｔ１においてピストン３の位置が吸気行程より前であるようなシリンダ２については、即座に始動後噴射制御に移行し、ポート噴射インジェクタ８及び筒内直噴インジェクタ１１による２回分割噴射を行う。
【００３５】
図２（Ａ）に示すように、昇圧ポンプ１６による昇圧が不良であると判断された場合に全てのシリンダ２について始動後噴射制御に移行するタイミングｔ２’においては、エンジン回転数は閾値Ｎｅ１に達していないが、それにもかかわらず始動時噴射制御から始動後噴射制御への切り換えが実行される。これにより、燃料圧力が不足した状態の筒内直噴インジェクタ１１のみよって燃料噴射が行われる事態を回避することができ、始動性、燃焼安定性及び排気性能の悪化を好適に抑制することが可能となる。
【００３６】
図３は、本実施例に係る燃料噴射制御のフローチャートである。このフローチャートで表される処理は、エンジン１の稼働中ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。
【００３７】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、エンジン１の始動時であるか否かを判定する。始動時であると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は続くステップＳ１０２の処理に進んで昇圧ポンプ１６による燃料の昇圧を開始する。始動時でないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２０はこのフローチャートの処理を一旦抜ける。
【００３８】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は昇圧ポンプ１６による昇圧を開始してから所定以上の時間が経過したか否かを判定する。ここで、所定以上の時間とは、昇圧ポンプ１６による燃料の昇圧が正常であれば燃料圧力を基準値ＰＲ１以上の圧力まで昇圧することが可能な期間の最大値に基づいて定める。ステップＳ１０３で所定以上の時間が経過していないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２０はこのフローチャートの処理を抜ける。ステップＳ１０３で所定以上の時間が経過したと判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０はステップＳ１０４の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、燃料圧力が基準値ＰＲ１以上であるか否かを判定する。燃料圧力が基準値ＰＲ１以上である場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は昇圧ポンプ１６による燃料の昇圧が正常であると判断して、ステップＳ１０５の処理に進み、通常時の成層始動制御を実行する。通常時の成層始動制御とは、上述したように、エンジン回転数が閾値Ｎｅ１に達するまで始動時噴射制御を行って筒内直噴インジェクタ１１による
圧縮行程噴射のみを行い、エンジン回転数が閾値Ｎｅ１に達した後始動後噴射制御を行ってポート噴射インジェクタ８及び筒内直噴インジェクタ１１による２回噴射を行う、という切り換えを行う。
【００４０】
ステップＳ１０４において、燃料圧力が基準値ＰＲ１より低い場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は昇圧ポンプ１６による燃料の昇圧が不良であると判断して、ステップＳ１０６以降の始動後噴射制御の早期実施処理に進む。
【００４１】
具体的には、ステップＳ１０６で、ＥＣＵ２０は各シリンダ２のピストン３の位置が吸気行程以降のクランク角度であるか否かを判定する。吸気行程以降であると判定されたシリンダ２については、ステップＳ１０７の処理を実行して、筒内直噴インジェクタ１１のみの１回噴射を実行する（すなわち、始動時噴射制御を行う）。これは、上述したように、吸気行程以降のシリンダ２についてはポート噴射インジェクタ８による燃料噴射によって燃焼室１８内に燃料を供給することはできないからである。
【００４２】
一方、吸気行程より前であると判定されたシリンダ２については、ステップＳ１０８の処理を実行して、ポート噴射インジェクタ８及び筒内直噴インジェクタ１１による２回噴射を実行する（すなわち、始動後噴射制御を行う）。
【００４３】
なお、上記実施例では、昇圧ポンプ１６による燃料の昇圧が不良であると判断された場合に、吸気行程以降のクランク角である場合には筒内直噴インジェクタ１１のみの１回噴射を行うようにしたが、排気行程前半以降のクランク角である場合に筒内直噴インジェクタ１１のみの１回噴射を行うようにしても良いし、吸気行程後半以降のクランク角である場合に筒内直噴インジェクタ１１のみの１回噴射を行うようにしても良いし、圧縮行程以降のクランク角である場合に筒内直噴インジェクタ１１のみの１回噴射を行うようにしても良い。これらは、どの時期より前にポート噴射インジェクタ８によるポート噴射を行えば燃焼室１８内に好適に混合気を吸入可能であるかに基づいて定める。
【００４４】
また、ステップＳ１０３において、昇圧ポンプ１６による昇圧期間が所定以上であるか否かを判定する代わりに、昇圧ポンプ１６による昇圧回数が所定以上であるか否かを判定しても良い。この場合の判定基準値も、上記昇圧時間の判定基準値と同様の考え方により定めることができる。
【００４５】
なお、上記実施例において、始動時噴射制御で昇圧ポンプ１６による燃料の昇圧が不良であると判断された場合に、１シリンダ飛ばしで筒内直噴インジェクタ１１による１回噴射を行うようにしても良い。また、２つのバンクを有するエンジンの場合に、一方のバンクのシリンダのみ筒内直噴インジェクタ１１による１回噴射を行い、他方のバンクのシリンダについては筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射を停止しても良い。このように、始動時噴射制御において筒内直噴インジェクタ１１による１回噴射が行われるシリンダの数を減少させることにより、筒内直噴インジェクタ１１による燃料噴射の負担を軽減できるので、昇圧が不良の場合の燃焼安定性の悪化を軽減できる。
【符号の説明】
【００４６】
１     エンジン
２     シリンダ
３     ピストン
４     吸気通路
５     排気通路
６     吸気バルブ
７     排気バルブ
８     ポート噴射インジェクタ
９     吸気ポート
１０   排気ポート
１１   筒内直噴インジェクタ
１２   点火プラグ
１３   キャビティ
１４   リップ部
１５   燃料タンク
１６   昇圧ポンプ
１７   燃料供給路
１８   燃焼室
２０   ＥＣＵ
【図１】
2010255508.tif 000003
【図２】
2010255508.tif 000004
【図３】
2010255508.tif 000005